PENGARUH PENAMBAHAN WATER INJECTION TERHADAP …

Jurnal Desiminasi Teknologi, Volume 7, Nomor 1, Januari 2019 p. ISSN 2303-212Xe. ISSN 2503-5398

20

PENGARUH PENAMBAHAN WATER INJECTIONTERHADAP EFISIENSI TURBIN GAS

M. Ali6, Hermanto Ali7, Muhamad Amin Fauzie8

Abstrak: Pembangkit Listrik Tenaga Gas dan Uap Keramasan (PLTGU Keramasan) merupakan salah satu unitpembangkit listrik yang terletak 3 km dari pusat kota Palembang. Selain karena letak PLTGU Keramasan yang dekatdengan Unit Pengatur Beban (UPB) dan pusat kota, PLTGU Keramasan juga dapat menjadi pilihan utama pada saatterjadi krisis beban pada sistem 150 kV dikarenakan proses start-up PLTGU yang relatif lebih cepat dibandingkandengan unit pembangkit yang memiliki daya yang besar seperti PLTU. Dari hasil analisa ini didapatkan bahwa efisiensithermal turbin gas pada PLTGU Keramasan Unit II dengan pengoperasian water injection adalah 42,37 % dan efisiensithermal turbin gas pada PLTGU Keramasan Unit II tanpa pengoperasian water injection adalah 39,18 %.Kata kunci: water injection, efisiensi, turbin gas

Abstract: Keramasan Gas and Steam Power Plant (Keramasan PLTGU) is one of the power plant units located 3 kmfrom the center of Palembang. In addition to the location of the Keramasan PLTGU which is close to the LoadRegulatory Unit (UPB) and the city center, Keramasan PLTGU can also be the main choice in the event of a load crisisin the 150 kV system due to the relatively faster start-up of PLTGU big power like the PLTU. From the results of thisanalysis it was found that the thermal gas turbine efficiency in Keramasan Unit II PLTGU with water injectionoperation was 42.37% and the thermal gas turbine efficiency in Keramasan PLTGU Unit II without water injectionoperation was 39.18%.Keywords: water injection, efficiency, gas turbine

6,7,8 Dosen Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Tridinanti Palembang.

PENDAHULUAN

Perusahaan Listrik Negara (disingkatPLN) atau nama resminya adalah PT. PLN(Persero) adalah sebuah BUMN yang mengurusisemua aspek kelistrikan yang ada di Indonesia.Perusahaan Listrik Negara yang dipimpin olehDirektur Utamanya adalah Sofyan Basir(sebelumnya adalah Direktur Utama BankRakyat Indonesia) menggantikan Nur Pamudjitelah berdiri sejak 27 Oktober 1945 di Jakarta,Indonesia.

PT. PLN (Persero) berkembang denganpesat, menyesuaikan dengan bertambahnyakonsumsi listrik di Indonesia. Sehinggapada tahun 2014, PT. PLN (Persero)berhasil menduduki peringkat 477 pada jajaranperusahaan dengan pendapatan terbesar di dunia(Fortune 500, 2014)

Terletak 3 kilometer dari pusat kotaPalembang, PT. PLN (Persero) SektorPengendalian Pembangkitan Keramasan,dibawah naungan wilayah pembangkitanSumatera Bagian Selatan, ialah salah satu sektorvital penyedian energi listrik di SumateraBagian Selatan, khususnya kota Palembang.

Menyediakan total 324,85 MW dayalistrik yang dapat dibangkitkan dari tiga pusatlistrik dibawah naungan Sektor PengendalianPembangkitan Keramasan, yaitu:1. Pusat Listrik Keramasan2. Pusat Listrik Indralaya3. Pusat Listrik Merah Mata (Borang)

Dalam rangka meningkatkan efesiensi danproduktivitas pengelolaan tenaga listrikdikawasan Sumatera maka Direksi PT. PLN(Persero) menetapkan kebijakan untukmelakukan restrukturisasi organisasi pengelolakelistrikan pengelola kelistrikan dikawasanpulau Sumatera yang saat ini dilaksanakan olehPT. PLN (persero) wilayah III dan IV denganmembentuk unit organisasi pembangkitanSumatera Bagian Selatan berdasarkan keputusandireksi PT. PLN (Persero) No.177.K/010./DIR/2004 tanggal 24 Agustus 2004.

TINJAUAN PUSTAKA

Pada unit Pembangkit Listrik Tenaga Gas,udara masuk ke kompresor melalui air inlet(upstream) pada tekanan 0,10 MPa dantemperatur 28,30 oC, pada bagian air inlet

M. Ali, Hermanto Ali, Muhamad Amin Fauzie

21

sebelum masuk kompresor udara yang dihisapdari lingkungan di saring terlebih dahulu untukmenhilangkan atau mengurangi zat pengotoryang dibawa udara, karena udara disini yangdipakai sebagai umpan ke kompresor adalahudara dari lingkungan, ada dua filter yangdigunakan yaitu Pre-Filter dan Main Filter.Pre-Filter berfungsi sebagai penyaring awaludara, kemudian udara yang sudah di saringmelewati Pre-Filter akan dilanjutkan ke MainFilter untuk penyaringan selanjutnya, setelahmelewati dua tingkatan filter barulah udaradiumpankan ke kompresor.

METODE

Proses ini dilakukan ketika setiapparameter yang dibutuhkan telah didapat daridata di lapangan dan ruang Control room.Kemudian dilakukan perhitungan efisiensi gunamembandingkan tingkat efisiensi pada saatkondisi sebelum pengoperasian sistem waterinjection dengan tingkat efisiensi pada saatpengoperasian sistem water injection.

Kemudian dalam memecahkan masalahmenggunakan teknik pengolahan data yaitu :1. Mengadakan analisa untuk mengetahui

pengaruh sistem water injection terhadapturbin gas unit 2 di PLTGU Keramasan.

2. Menghitung besar kerja netto dan efisiensiyang mampu dihasilkan oleh turbin gas.= ( − )= ( − )= ( − )= −

ANALISA DAN PEMBAHASAN

Analisa dan pembahasan yang akandibahas pada bab ini ialah perhitungan pengaruhefisiensi gas turbin setelah pemasangan sistemwater injection pada Pembangkit Listrik GasTurbin dan Uap (PLTGU) Kerasaman di PT.PLN (Persero) Sektor PengendalianPembangkitan Keramasan.- Data Operasi

Berdasarkan pengamatan yang telahdilakukan pada Gas Turbine Generator (GTG)PLTGU Keramasan Unit II selama 5 hari yaitutanggal 1, 2, 3, 4 dan 5 Agustus 2017 diperolehdata proses pembangkit pada tabel berikut ini:

Tabel 1 Data operasi gas turbin tanpapengoperasian sistem Water Injection

No ParameterTanggal

1 2 3 4 5

1Daya (MW)

23,1 23,9 24,1 24,2 23,8

2

Low HeatingValue gasalam (kJ/kg) 38876 38876 38876 38876 38876

3

Temperaturudara masukkompresor(℃)

31 30 29 26 29

4

Temperaturudara keluarkompressor(℃)

400 413 403 391 402

5

Tekananudara masukkompressor(MPa)

0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

6

Tekananudara keluarkompressor(MPa)

1,17 1,22 1,20 1,18 1,19

7

Temperaturkeluar turbin(℃)

583 582 582 583 582

8 Tekanankeluar turbin(MPa)

0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

9 Laju aliranmassa bahanbakar (kg/h)

6691 6978 7007 7149 6698

10 Laju aliranmassa udara(kg/h)

290865 303474 290820 290910 290780

Sumber : Operator Control Room PLTGU Keramasan2 × 40 MW, 2017

Dan akan dibandingkan dengan dataoperasional Gas Turbine Generator (GTG)PLTGU Keramasan Unit II yang menggunakansistem water injection selama 45 hari padatanggal 31 Juli 2015 dan 2 - 5 Agustus 2015sehingga diperoleh data sebagai berikut :

Tabel 2 Data operasi gas turbin denganpengoperasian sistem WaterInjection

No ParameterTanggal

31 2 3 4 51 Daya (MW) 24,9 20,3 20,7 26,2 26,

02 Low Heating Value gas

alam (kJ/kg)38876 38876 38876 38876 38876

3 Temperatur udara masukcompresor (℃)

29,0 30,7 30,2 28,6 30,0

4 Temperatur udara keluarcompressor (℃)

401 383 382 413 414

5 Tekanan udara masukcompressor (MPa)

0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

6 Tekanan udara keluarcompressor (MPa)

1,21 1,05 1,06 1.27 1,26

7 Temperatur keluarturbin (℃)

585 589 588 583 582

8 Tekanan keluar turbin(MPa)

0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

9 Laju aliran massa bahanbakar (kg/h)

7430 6381 6376 7669 7574

10 Laju aliran massa udara(kg/h)

290266 268789

268784

294257

294162

Sumber : Operator Control Room PLTGU Keramasan2 × 40 MW, 2017

Pengaruh Penambahan Water Injection terhadap Efisiensi Turbin Gas

22

Untuk data komponen gas alam yangdisuplai ke ruang bakar untuk digunakan padaproses pembakaran dapat dilihat pada tabelberikut ini:

Tabel 3 Komponen Gas Alam tanggal 1Agustus2017

KomposisiRumusKimia

Mol %

CarbonDioxide

CO2 5,5692

Nitrogen N2 0,9441

Methane CH4 84,8785

Ethane C2H6 6,1459

Propane C3H8 1,4926

i-Butane C4H10 0,2736

n-Butane C4H10 0,3200

i-Pentane C5H12 0,1293

n-Pentane C5H12 0,0749

Hexane C6H14 0,1717Sumber : PT. Medco E & P Indonesia Field Rambutan

a) Temperatur udara tekan ideal ( )= .b) Temperatur Ruang Bakar ( )= + ( ̇ . ).̇c) Temperatur gas buang ideal ( )= .d) Panas masuk sistem ideal ( . )= ℎ − ℎ = . ( − )e) Panas masuk sistem aktual ( )= ℎ − ℎ = . ( − )f) Kerja Kompresor ideal ( )= ℎ − ℎ = . ( − )g) Kerja Kompresor aktual ( )= ℎ − ℎ = . ( − )h) Efisiensi Kompresor ( )=

i) Kerja turbin ideal ( )= ℎ − ℎ = . ( − )j) Kerja turbin aktual ( )= ℎ − ℎ = . ( − )k) Efisiensi Turbin ( )=l) Kerja bersih sistem ideal ( . ). = −m) Kerja bersih sistem aktual ( )= −n) Efisiensi termal ideal siklus Brayton( . ) . = ..o) Efisiensi termal aktual siklus Brayton( ) =

Perhitungan data operasi dengan Sistem WaterInjection

- Dengan Sistem Water InjectionTabel 4 Data operasi tanggal 31 Juli 2015Beban 24,9 MW 24900 kWTemperatur udaralingkungan ( ) 29℃ 302 K

Temperatur udara tekan( ) 401℃ 674 K

Temperatur gas buang( ) 585℃ 858 K

Tekanan udaralingkungan ( ) 1 atm 101,33 kPa

Tekanan udara tekan

(gage)

1,21 Mpa 1210 kPa

Tekanan absolut udaratekan ( ) + 1

atm

1311,33kPa

Laju aliran massabahan bakar ( ̇ ) 7430 kg/h 2,0638

kg/sLaju aliran massa udara( ̇ ) 290266 kg/h 80,6294

kg/sSumber : Operator Control Room PLTGUKeramasan 2 × 40 MW

a) Temperatur udara tekan ideal ( )= .= 527,54


23

b) Temperatur Ruang Bakar ( )= + ( ̇ . ).̇= 1664,16c) Temperatur gas buang ideal ( )= .= 800,737d) Panas masuk sistem ideal ( . )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1041,70 /e) Panas masuk sistem aktual ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 995,11 /f) Kerja Kompresor ideal ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 327,27 /g) Kerja Kompresor aktual ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [574− 302 ]= 373,66 /h) Efisiensi Kompresor ( )== 0,8753 = 87,53 %i) Kerja turbin ideal ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 867,74 /j) Kerja turbin aktual ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 810,19 /k) Efisiensi Turbin ( )== 0,9336 = 93,36 %l) Kerja bersih sistem ideal ( . ). = −

. = 540,47 /m) Kerja bersih sistem aktual ( )= −= 436,33 /n) Efisiensi termal ideal siklus Brayton( . ). = ... = 0,5431 = 54,31 %o) Efisiensi termal aktual siklus Brayton( )== 0,4384 = 43,84 %

Tabel 5 Data operasi tanggal 2 Agustus 2015Beban 20,3 MW 20300 kWTemperatur udaralingkungan ( ) 30,7℃ 303,7 K




Tekanan udara tekan

(gage)

1,05 Mpa 1050 kPa


atm

1151,33 kPa

Laju aliran massabahan bakar ( ̇ ) 6381 kg/h 1,7725 kg/s

Laju aliran massa udara( ̇ ) 268789 kg/h 74,6636 kg/s

Sumber : Operator Control Room PLTGU Keramasan2 × 40 MW

a) Temperatur udara tekan ideal ( )= .= 608,14b) Temperatur Ruang Bakar ( )= + ( ̇ . ).̇= 1574,31c) Temperatur gas buang ideal ( )= .= 786,19


24

d) Panas masuk sistem ideal ( . )= ℎ − ℎ = . ( − )= 971,00 /e) Panas masuk sistem aktual ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 922,90 /f) Kerja Kompresor ideal ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 305,96 /g) Kerja Kompresor aktual ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 354,06 /h) Efisiensi Kompresor ( )== 0,8641 = 86,41 %i) Kerja turbin ideal ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 792,06 /j) Kerja turbin aktual ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 715,87 /k) Efisiensi Turbin ( )== 0,9038 = 90,38 %l) Kerja bersih sistem ideal ( . ). = −. = 486,09 /m) Kerja bersih sistem aktual ( )= −= 361,81 /n) Efisiensi termal ideal siklus Brayton( . ). = ... = 0,5266 = 52,66 %o) Efisiensi termal aktual siklus Brayton( )

== 0,3920 = 39,2 %Tabel 6 Data operasi tanggal 3 Agustus 2015

Beban 20,7 MW 20700 kWTemperatur udaralingkungan ( ) 30,2℃ 303,2 K




Tekanan udara tekan

(gage)

1,06 Mpa 1060 kPa


atm

1161,33 kPa



Sumber : Operator Control Room PLTGUKeramasan 2 × 40 MW

a) Temperatur udara tekan ideal ( )= .= 608,64b) Temperatur Ruang Bakar ( )= + ( ̇ . ).̇= 1572,61c) Temperatur gas buang ideal ( )= .= 783,40d) Panas masuk sistem ideal ( . )= ℎ − ℎ = . ( − )= 968,79 /e) Panas masuk sistem aktual ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 922,20 /f) Kerja Kompresor ideal ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 306,97 /


25

g) Kerja Kompresor aktual ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 353,55 /h) Efisiensi Kompresor ( )== 0,8682 = 86,82 %i) Kerja turbin ideal ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 793,15 /j) Kerja turbin aktual ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 715,17 /k) Efisiensi Turbin ( )== 0,9016 = 90,16 %l) Kerja bersih sistem ideal ( . ). = −. = 486,18 /m) Kerja bersih sistem aktual ( )= −= 361,61 /n) Efisiensi termal ideal siklus Brayton( . ). = ... = 0,5271 = 52,71 %o) Efisiensi termal aktual siklus Brayton( )== 0,3921 = 39,21 %

Tabel 7 Data operasi tanggal 4 Agustus 2015Beban 26,2 MW 26200 kW

Temperatur udaralingkungan ( ) 28,6℃ 301,6 K

Temperatur udaratekan ( ) 413℃ 686 K

Temperatur gasbuang ( ) 583℃ 856 K


Tekanan udara tekan

(gage)

1,27 Mpa 1270 kPa

Tekanan absolutudara tekan ( ) +

1 atm

1371,33 kPa

Laju aliran massabahan bakar ( ̇ ) 7669

kg/h2,1302 kg/s

Laju aliran massaudara ( ̇ ) 294257

kg/h81,7380 kg/s


Tabel 8 Data operasi tanggal 3 Agustus 2015Beban 20,7 MW 20700 kWTemperatur udaralingkungan ( ) 30,2℃ 303,2 K




Tekanan udara tekan

(gage)

1,06 Mpa 1060 kPa


atm

1161,33 kPa





Temperatur udaralingkungan ( ) 28,6℃ 301,6 K


Temperatur gasbuang ( ) 583℃ 856 K


Tekanan udara tekan

(gage)

1,27 Mpa 1270 kPa

Tekanan absolutudara tekan ( ) +

1 atm

1371,33 kPa

Laju aliran massabahan bakar ( ̇ ) 7669

kg/h2,1302 kg/s

Laju aliran massaudara ( ̇ ) 294257

kg/h81,7380 kg/s


a) Temperatur udara tekan ideal ( )= .


26

= 301,6 . 1371,33101,33 , ,= 634,87b) Temperatur Ruang Bakar ( )= + ( ̇ . ).̇= 686+ (2,1302 / . 38876 / )(81,7380 / . 1,005 /( . ))= 1694,15c) Temperatur gas buang ideal ( )= .= 1694,15 . 101,331371,33 , ,= 804,81

d) Panas masuk sistem ideal ( . )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [1694,15− 634,87 ]= 1064,57 /e) Panas masuk sistem aktual ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [1694,15− 686 ]= 1013,19 /f) Kerja Kompresor ideal ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [634,87− 301,6 ]= 334,94 /g) Kerja Kompresor aktual ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [686− 301,6 ]= 386,32 /h) Efisiensi Kompresor ( )

== 334,94 /386,32 /= 0,867 = 86,7 %i) Kerja turbin ideal ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [1694,15− 804,81 ]= 893,78 /j) Kerja turbin aktual ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [1694,15− 856 ]= 842,34 /k) Efisiensi Turbin ( )== 842,34 /893,78 /= 0,9424 = 94,24 %l) Kerja bersih sistem ideal ( . ). = −. = 893,78 /− 334,94 /. = 558,84 /m) Kerja bersih sistem aktual ( )= −= 842,34 /− 386,32 /= 456,02 /n) Efisiensi termal ideal siklus Brayton( . ). = ... = 558,84 /1064,57 /. = 0,5515 = 55,15 %o) Efisiensi termal aktual siklus Brayton( )=


27

= 456,02 /1013,19 /= 0,45 = 45 %Tabel 10 Data operasi tanggal 5 Agustus 2015

Beban 26,0 MW 26000 kW

Temperatur udaralingkungan ( ) 30℃ 303 K




Tekanan udara tekan

(gage)

1,26 Mpa 1260 kPa


atm

1361,33

kPa


kg/s

Laju aliran massa udara( ̇ ) 294162

kg/h

81,7116

kg/s


a) Temperatur udara tekan ideal ( )= .= 303 . 1361,33101,33 , ,= 636,49

b) Temperatur Ruang Bakar ( )= + ( ̇ . ).̇= 687+ (2,1038 / . 38876 / )(81,7116 / . 1,005 /( . ))= 1682,98c) Temperatur gas buang ideal ( )= .

= 1682,98 . 101,331361,33 , ,= 801,18d) Panas masuk sistem ideal ( . )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [1682,98− 636,49 ]= 1051,72 /e) Panas masuk sistem aktual ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [1682,98− 687 ]= 1000,96 /f) Kerja Kompresor ideal ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [636,49− 303 ]= 335,15 /g) Kerja Kompresor aktual ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [687− 303 ]= 385,92 /h) Efisiensi Kompresor ( )== 335,15 /385,92 /= 0,8684 = 86,84 %i) Kerja turbin ideal ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [1682,98− 801,18 ]= 886,21 /j) Kerja turbin aktual ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [1682,98− 855 ]= 832,12 /


28

k) Efisiensi Turbin ( )== 832,12 /886,21 /= 0,9389 = 93,89 %l) Kerja bersih sistem ideal ( . ). = −. = 886,21 /− 335,15 /. = 551,05 /m) Kerja bersih sistem aktual ( )= −= 842,34 /− 386,32 /= 446,2 /n) Efisiensi termal ideal siklus Brayton( . ). = ... = 551,05 /1051,72 /. = 0,5505 = 55,05 %o) Efisiensi termal aktual siklus Brayton( )== 446,2 /1000,96 /= 0,4457 = 44,57 %

- Tanpa Sistem Water Injection

Tabel 11 Data operasi tanggal 1 Agustus 2017Beban 23,1 MW 23100

kWTemperatur udaralingkungan ( ) 31℃ 304 K



Tekanan udaralingkungan ( ) 1 atm 101,33

kPaTekanan udara tekan

(gage)

1,17 Mpa 1170 kPa


atm

1271,33kPa


kg/s

Laju aliran massa udara( ̇ ) 290865 kg/h 80,7958kg/s



b) Temperatur Ruang Bakar ( )= + ( ̇ . ).̇= 673+ (1,8586 / . 38876 / )(80,7958 / . 1,005 /( . ))= 1562,84c) Temperatur gas buang ideal ( )= .= 1562,84 . 101,331271,33 , ,= 758,67

d) Panas masuk sistem ideal ( . )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [1562,84− 626,23 ]= 941,29 /e) Panas masuk sistem aktual ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [1562,84− 673 ]= 894,29 /f) Kerja Kompresor ideal ( )


29

= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [626,23− 304 ]= 323,84 /g) Kerja Kompresor aktual ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [673− 304 ]= 370,84 /h) Efisiensi Kompresor ( )== 323,84 /370,84 /= 0,8732 = 87,32 %i) Kerja turbin ideal ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [1562,84− 758,67 ]= 808,19 /j) Kerja turbin aktual ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [1562,84− 856 ]= 710,38 /k) Efisiensi Turbin ( )== 710,38 /808,19 /= 0,8789 = 87,89 %l) Kerja bersih sistem ideal ( . ). = −. = 808,19 /− 323,84 /. = 484,35 /m) Kerja bersih sistem aktual ( )= −= 710,38 /− 370,84 /= 339,53 /

n) Efisiensi termal ideal siklus Brayton( . ). = ... = 484,35 /941,29 /. = 0,5416 = 54,16 %o) Efisiensi termal aktual siklus Brayton( )== 339,53 /894,29 /= 0,3796 = 37,96 %






Tekanan udara tekan

(gage)

1,22 Mpa 1220 kPa


atm

1321,33 kPa





b) Temperatur Ruang Bakar ( )= + ( ̇ . ).̇= 686+ (1,9383 / . 38876 / )(84,2983 / . 1,005 /( . ))


30

= 1575,45c) Temperatur gas buang ideal ( )= .= 1575,45 . 101,331321,33 , ,= 756,40

d) Panas masuk sistem ideal ( . )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [1575,45− 631,09 ]= 949,08 /e) Panas masuk sistem aktual ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [1575,45− 686 ]= 893,90 /f) Kerja Kompresor ideal ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [631,09− 303 ]= 329,73 /g) Kerja Kompresor aktual ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [686− 303 ]= 384,91 /h) Efisiensi Kompresor ( )== 329,73 /384,91 /= 0,8566 = 85,66 %i) Kerja turbin ideal ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [1575,45− 756,40 ]

= 823,14 /j) Kerja turbin aktual ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [1575,45− 855 ]= 724,05 /k) Efisiensi Turbin ( )== 724,05 /823,14 /= 0,8786 = 87,96 %l) Kerja bersih sistem ideal ( . ). = −. = 823,14 /− 329,73 /. = 493,41 /m) Kerja bersih sistem aktual ( )= −= 724,05 /− 384,91 /= 339,14 /n) Efisiensi termal ideal siklus Brayton( . ). = ... = 493,41 /949,08 /. = 0,5519 = 55,19 %o) Efisiensi termal aktual siklus Brayton( )== 339,14 /893,90 /= 0,3793 = 37,93 %

Tabel 13 Data operasi tanggal 3 Agustus 2017Beban 24,1 MW 24100 kWTemperatur udaralingkungan ( ) 29℃ 302 K




31


Tekanan udara tekan

(gage)

1,20 Mpa 1200 kPa


atm

1301,33 kPa





b) Temperatur Ruang Bakar ( )= + ( ̇ . ).̇= 676+ (1,9463 / . 38876 / )(80,7833 / . 1,005 /( . ))= 1608,01c) Temperatur gas buang ideal ( )= .= 1608,01 . 101,331301,33 , ,= 775,41

d) Panas masuk sistem ideal ( . )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [1608,01− 626,27 ]= 986,65 /e) Panas masuk sistem aktual ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [1608,01− 676 ]= 936,67 /

f) Kerja Kompresor ideal ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [626,27− 302 ]= 325,89 /g) Kerja Kompresor aktual ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [676− 302 ]= 375,87 /h) Efisiensi Kompresor ( )== 325,89 /375,87 /= 0,8670 = 86,70 %i) Kerja turbin ideal ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [1608,01− 775,41 ]= 836,76 /j) Kerja turbin aktual ( )= ℎ − ℎ = . ( − )= 1,005 /( . ) . [1608,01− 855 ]= 756,78 /k) Efisiensi Turbin ( )== 756,78 /836,76 /= 0,9044 = 90,44 %l) Kerja bersih sistem ideal ( . ). = −. = 836,76 /− 325,89 /. = 510,87 /m) Kerja bersih sistem aktual ( )= −= 756,78 /− 375,87 /


32

= 380,91 /n) Efisiensi termal ideal siklus Brayton( . ). = ... = 510,87 /986,65 /. = 0,5454 = 54,54 %o) Efisiensi termal aktual siklus Brayton( )== 380,91 /936,67 /= 0,4066 = 40,66 %






Tekanan udara tekan

(gage)

1,18 Mpa 1180 kPa


atm

1281,33kPa


Laju aliran massa udara( ̇ ) 290910 kg/h 80,8083kg/s


Tabel 15 Data operasi tanggal 5 Agustus 2017

Beban 23,8 MW 23800 kWTemperatur udaralingkungan ( ) 29℃ 302 K




Tekanan udara tekan

(gage)

1,19 Mpa 1190 kPa


atm

1291,33 kPa

Laju aliran massa 6698 kg/h 1,8605 kg/s

bahan bakar ( ̇ )Laju aliran massaudara ( ̇ ) 290780 kg/h 80,7722 kg/s


- Evaluasi KinerjaDari tabel hasil perhitungan diatas dapat dibuatgrafik sebagai berikut:

Gambar 1 Grafik efisiensi kompresor

Gambar 2 Grafik efisiensi turbin gas

Gambar 3 Grafik panas masuk sistem

87.53

86.41 86.82 86.7 86.8487.32

85.66

86.787.2

86.56

85868788

0 2 4 6

EFIS

IENS

I KOM

PRES

OR(%

)

HARI

Dengan WI Tanpa WI

93.3690.38 90.16

94.24 93.89

87.89 87.9690.44 91.11

87.86

868890929496

0 2 4 6

EFIS

IENS

I TUR

BIN

GAS

(%)

HARI

Dengan WI Tanpa WI

995.11

922.9 922.2

1013.191000.96

894.29 893.9936.67

955.36

895.49

850900950

10001050

0 2 4 6

PANA

S M

ASUK

SIS

TEM

(KJ/

KG)

HARI

Dengan WI Tanpa WI


33

Gambar 4 Grafik kerja bersih sistem aktual

Gambar 5 Grafik efisiensi thermal efektif

Perbandingan hasil perhitungan sebelum dansetelah pemasangan sistem water injection dapatdilihat pada tabel berikut:

Tabel 16 Tanpa pengoperasian Water InjectionDataHarike-

ParameterDayaMW % % kJ/kg kJ/kg %

1 24,9 87,53 93,36 995,11 436,33 43,842 20,3 86,41 90,38 922,90 361,81 39,203 20,7 86,82 90,16 922,20 361,61 39,214 26,2 86,70 94,24 1013,1

9456,02 45,00

5 26,0 86,84 93,89 1000,96

446,2 44,57

Rata-rata

23,62 86,86 92,41 970,87 412,40 42,37

SIMPULAN

1. Efisisensi kompresor dengan menggunakansistem water injection mengalami sedikitkenaikan dibandingkan dengan tanpamenggunakan sistem water injection.

2. Efisiensi turbin dengan menggunakansistem water injection mengalami kenaikandibandingkan dengan tanpa menggunakan

sistem water injection efisiensi turbin rata-rata sebesar 3,36

3. Panas Masuk Sistem setelah penggunaansistem water injection mengalami kenaikandibandingkan sebelum penggunaan sistemwater injection.

4. Kerja Bersih Sistem terlihat bahwa untukbeban yang sama nilai kerja bersih sistemdalam penggunaan sistem water injectionmeningkat dibandingkan dengan kerjabersih sistem tanpa menggunakan sistemwater injection.

5. Efisiensi thermal efektif dalam penggunaansistem water injection efisiensi turbinmeningkat dibandingkan dengan tanpamenggunakan sistem water injection. Haltersebut dipengaruhi oleh kerja besih sistemyang meningkat.

SARAN

1. Untuk menambahkan nilai efisiensi thermalgas turbin dan daya mampu gas turbin,sebaiknya water injection tetapdioperasikan dengan tetap memperhatikanperalatan-peralatan yang ada pada sistemwater injection.

2. Perlu adanya perhatian khusus terhadapkualitas air agar tidak terjadi kerusakanpada peralatan inti gas turbin yang dapatmenyebabkan kerugian yang berlipat.

DAFTAR PUSTAKA

Ariadacapo. 2017. Water Injection (engine).https://en.m.wikipedia.org/wiki/Water_Injection_(engine). 4 Juli 2017

Arif, dkk.. 2010. Modul Materi PembelajaranPT. PLN Persero. Pusdiklat PLN :Jakarta

Daibiru, Akihabara. 2012. Operation andMaintenance Manual for Gas Turbine.Hitachi, Ltd : Tokyo

Marsudi, Djiteng. 2005. Pembangkit EnergiListrik. Erlangga : Jakarta

Nakahashi, D. 2011. Piping And InstrumentDiagram. Toshiba : Tokyo

436.33

361.81 361.61

456.02 446.2

339.53 339.14380.91 395.57

339.72

0

100

200

300

400

500

0 2 4 6

KERJ

A BE

RSIH

SIS

TEM

AKT

UAL (

KJ/K

G)

HARI

Dengan WI Tanpa WI

43.84 39.2 39.2145 44.57

37.96 37.93 40.66 41.4 37.93

01020304050

0 2 4 6

EFIS

IENS

I THE

RMAL

(%)

HARI

Dengan WI Tanpa WI


34

Ogata T. 2011. Design & Vendor Manual BookPT. PLN Keramasan Power Plant“Keramasan Power Plant ExtensionProject 80MW Class Gas FiredCombined Cycle Power Plant. MarubeniCorporation : Tokyo

Saravanamutto, HIH dkk. 2001. Gas TurbineTheory. FT. Prentice Hall : Harlow,England

Soekardi, Chandrasa. 2015. TermodinamikaDasar Mesin Konversi Energi. CV AndiOffset : Yogyakarta

PENGARUH PENAMBAHAN WATER INJECTION TERHADAP …

Documents

Transcript of PENGARUH PENAMBAHAN WATER INJECTION TERHADAP …